НАТУРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ФАКТИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ

Геотехнология
УДК 622.258
НАТУРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ФАКТИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ
КРЕПИ РЕКОНСТРУИРУЕМОГО СТВОЛА №4 РУДНИКА СКРУ–3
ОАО «УРАЛКАЛИЙ» И ОЦЕНКА ЕЕ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ
Н.М. Качурин, И.А. Афанасьев, В.В. Тарасов, В.С. Пестрикова
Представлены результаты комплексного мониторинга состояния крепи реконструируемого ствола и оценка несущей способности крепи. Выполнен анализ причин разрушения тюбингов и даны практические рекомендации.
Ключевые слова: калийная соль, рудник, горно-геологические условия, вертикальный ствол, тюбинг, горное давление, несущая способность, реконструкция.
Ствол № 4 СКРУ–3 заложен на склоне Хорюшинского поднятия,
отличающегося рядом особенностей в геологическом строении участка.
Так, по материалам скважины № 617 соляно-мергельная толща выходит
непосредственно под четвертичные отложения. Переходная пачка, покровная каменная соль и часть сильвинито-карналлитовой зоны выщелочены. Местами мощность выщелоченной части разреза достигает 120 м. В
основу разработки проекта были приняты геологические материалы по
скважине № 230/1 и передовой стволовой скважины № 4-Ш, пробуренной
с целью уточнения геологической ситуации непосредственно в месте проходки ствола. Бурение скважины № 4-Ш проходило со значительными
осложнениями. Так, например, при проходке терригенно-карбонатной
толщи в интервале 56,4–86,4 м наблюдалось интенсивное поглощение
промывочной жидкости и малый выход керна (до 7–10 %). В интервале
217,4–227,4 м зафиксировано полное поглощение бурового раствора, которое не удалось ликвидировать тампонированием раствором на основе
цемента. В этом интервале были вскрыты ослабленные, нарушенные породы, к которым приурочен рассольный горизонт. Покровная каменная
соль (ПКС) вскрыта на глубине 276,3 м. Конечная глубина скважины –
402,4 м.
Проходка скипового ствола № 4 рудника СКРУ-3 ОАО «Сильвинит» осуществлялась в соответствии с проектом № Р-2163, разработанным
Проектной конторой треста «Шахтспецстрой». При диаметре в свету 7 м
глубина ствола была определена в 468,18 м. Проходку в обводненной
толще надсоляных отложений до глубины 241,5 м было решено вести под
защитой ледопородного ограждения. В этом интервале предусматривалось
ствол закрепить чугунно–бетонной крепью, используя тюбинги высотой
1,5 м производства завода «Дозамет» (Польша). Диаметр кольца расположения тампонажно–замораживающих скважин 14,5 м. Ниже «технологического отхода» (42,5 м) проходку вели под защитой передовой бетонной
85
Известия ТулГУ. Науки о Земле. 2014. Вып. 4
крепи с использованием призабойной секционной опалубки высотой 4,2 м.
В интервале водоносных отложений между передовым бетоном и затюбинговым слоем бетона уложен полимерэкран (δ = 2,5 мм). По проекту
крепь нижней части ствола – бетон толщиной 500 мм.
Ствола № 4 рудника СКРУ-3, находится в горном массиве, который
имеет особенности геологического строения, как выщелачивание верхней
части переходной пачки и ряд других факторов способствующих тому, что
темпы проходки ствола были значительно ниже проектных. Непреодолимым для проходки стал интервал верхней оставшейся части переходной
пачки. В результате чего по достижении глубины 216,3 м проходка ствола
была задержана на 8 лет. Ствол трижды был затоплен. Возобновить проходку ствола удалось лишь после бурения дополнительного (второго) ряда
замораживающих скважин по кольцу диаметром 17 м на глубину 241 м и
замораживания пород интервала верхней части переходной пачки. При
бурении 37 замораживающих скважин второго ряда расход тампонажного
раствора составил 1248 м3. Интервал 205,8–230 м был пройден на отбойный молоток.
В начале 1990 г. в интервале глубин 234–242 м (в переходной пачке) была вскрыта сухая трещина, секущая ствол под углом 45о. Раскрытие
трещины достигало 30 мм. В верхней части ПКС на глубинах 285,95 и
288,07 м установлены два кейлькранца. В августе 1990 г. ствол был переведен на режим оттаивания, начаты работы по контрольной гидроизоляции тюбинговой крепи. К концу марта 1992 г. ствол был пройден до глубины 356,3 м, закреплен тюбингами до глубины 353,1 м (тюбинговое
кольцо № 222). С возникновением процесса оттаивания ледопородного
ограждения были начаты работы по устранению водопроявлений (контрольная гидроизоляция) через тюбинговую крепь ствола. Эти работы с
перерывами велись практически с 1990 до 1993 годов.
В связи с изменением планов развития производства калийных
удобрений в ОАО «Сильвинит» в начале 90-х годов ХХ века было принято
решение об остановке дальнейшего строительства горнодобывающего
комплекса рудоуправления СКРУ-3. При этом проходку ствола № 4 при
глубине забоя 356,6 м вынужденно прекратили. После выполнения ряда
технических мероприятий по обеспечению устойчивости пройденной части ствол был переведен на режим «пассивного поддержания». В течение
1992–2011 гг. в стволе был выполнен комплекс мероприятий, что обеспечило сохранность ствола и возможность в настоящее время решать вопрос
возобновления проходки ствола. Анализ ситуации на момент остановки
проходки ствола, хода и результатов обследования ствола в течение периода «пассивного поддержания» изложен в настоящей работе. Результаты
анализа позволили определить условия возобновления углубки ствола для
86
Геотехнология
дальнейшего оснащения и сдачи в эксплуатацию.Водоприток в ствол к
этому времени достигал 1,2 м3/ч.
ОАО «Галургия» был разработан комплекс мероприятий, призванных обеспечить безопасность работы рудника и сохранность пройденной
части ствола. Были реализованы следующие технические мероприятия:
- возведена на забое ствола бетонная подушка высотой 2,8 м, оборудованная кондукторами на случай, если понадобится проведение тампонажа для усиления бетонной подушки;
- проведен комплекс работ по повышению герметичности тюбинговой колонны (чеканка соединительных швов, подтяжка болтов);
- проведен тампонаж закрепного пространства с тем, чтобы снизить
водоприток до нормы (0,15 м3/ч);
- создана на бетонной подушке дополнительная защитная подушка
из соляной породы высотой 15 м, что должно обеспечивать насыщение до
280–300 г/л объема пресной воды при заполнении ею ствола до зоны контакта (в соляных породах).
После выполнения этих работ ствол был подготовлен к длительному сохранению пройденной части при условии исключения возможности
полного затопления. Такая надежность обеспечивалась комплексом реализованных проектных решений по конструкции крепи и рядом мер, выполненных при подготовке ствола к остановке. Комплекс, включал шесть защитных мер: бетонная крепь; тюбинговая крепь; полимерэкран;
цементационная завеса, кейлькранцы; комбинированная подушка на забое.
На момент остановки проходки глубина ствола составляла 76 %
проектной (остаток проходки 111,58 м). По мере откачки рассола и понижения уровня зеркала проводилось вскрытие тампонажных пробок и обследование состояния бетонной крепи и околоствольного массива. При
этом, как правило, фиксировалось истечение рассола, разложившийся карналлит, провалы бурового инструмента, в отдельных случаях на глубину
до 3 метров.
В других случаях каменная соль за бетонной рубашкой хорошо сохранилась, контакт «соль–бетон» был практически без зазора. К концу
2002 года откачка рассолов была закончена, произведено обследование
состояния бетона и породного массива за тюбинговой колонной в интервале тюбинговых колец № 197–212 (интервал глубин 315–337 м). Было
установлено, что бетонная крепь за тюбингами по толщине составляет от
150 до 600 мм. Колебания являются следствием колебаний диаметра ствола в проходке.
Мониторинг состояния ствола показал, что крепь ствола, состоящая
из колонны чугунных тюбингов и бетонной рубашки толщиной до 500 мм,
не является абсолютно герметичной. Был зафиксирован влагообмен через
87
Известия ТулГУ. Науки о Земле. 2014. Вып. 4
крепь ствола с растворением породы и выносом раствора солей в ствол.
При этом выбранный ранее материал для погашения пустот и технология
восстановления «бетонной рубашки» за тюбинговой крепью, до сих пор
обеспечивают устойчивость крепи ствола, зафиксированное состояние материала погашения пустот в настоящее время угрозы устойчивости ствола
не представляет. В результате обследования состояния бетонной составляющей крепи ствола в интервале глубин 322–338 м установлено, что «повторное» разрушение бетона минимально и, несмотря на неоднократное
подтопление, не привело к необходимости в срочном (аварийном) порядке
проводить работы по восстановлению бетона.
В настоящее время отсутствует угроза нарушения устойчивости
ствола в этом интервале. Отсутствие признаков влаги за тюбинговыми
кольцами № 178 (над верхним кейлькранцем) и за кольцами № 179 и 181
(ниже верхнего кейлькранца) свидетельствует о том, что за период пассивного поддержания ствола в течение почти 20 лет кейлькранцы сохранили герметичность.
Таким образом, в целом состояние ствола к 2012 году характеризуется следующими параметрами.
Во-первых, при круглогодичном стабильном температурном режиме воздуха в стволе (8÷10оС) и отсутствии движения воздуха, суммарный
водоприток за счет просачивания через тюбинговую крепь выше зоны
кейлькранцев и выпадания конденсата не превышает допустимого предела.
Во-вторых, на основании исследований 2014 года нет оснований
предполагать, что герметичность кейлькранца № 1 (верхнего) нарушена.
В-третьих, за тюбинговой крепью на контакте бетонной рубашки с породным массивом в интервале тюбинговых колец № 212–196 (локально) имеются полости (пустоты) с размером по радиусу до 1,5 м.
При сохранении существующего режима поддержания обеспечивается требуемый уровень герметичности и устойчивости крепи в пределах
пройденной части ствола. Перевод ствола на режим дальнейшей углубки
(при любом технологическом варианте) приведет к нарушению (изменению) температурно-влажностного режима в стволе, что вызовет изменение
(колебания) температуры тюбинговой колонны и отразится на герметичности крепи ствола в целом.
ОАО «Галургия» выполнило визуальное обследование тюбинговой
колонны ствола № 4 рудника СКРУ-3 в интервале тюбинговых колец №
1÷195. По результатам визуального обследования дана предварительная
оценка герметичности крепи в исследуемом интервале ствола. На основе
предварительной оценки, разработаны первоочередные мероприятия на
выполнение работ по герметизации тюбинговой колонны и приведению
ствола № 4 СКРУ-3 в удовлетворительное состояние [1]. Использованы
88
Геотехнология
результаты визуального обследования тюбинговой колонны ствола № 4
СКРУ-3 выполненного в мае 2013 г.за период «пассивного поддержания»
ствола. Учитывая результаты периодического контроля, выполняемые
службой эксплуатации рудника, следует отметить, что существенных изменений не произошло (таблица).
Установлено, что стенки крепи ствола ниже тюбингового кольца №
108 увлажены вследствие образования и оседания конденсата на стенках
тюбингов, а также по причине незначительного проникновения подземных
вод из закрепного пространства ствола в районе тюбинговых колец №
108÷114. Рассолопроявления на этом интервале ствола не имеют напорный характер, а суммарный, расчетный дебит их составляет порядка 0,063
м3/сут., что значительно ниже допустимого по СНиП 3.02.03-84 (3,6
м3/сут.). Однако по причине значительного увлажнения стенок ствола на
момент обследования не представляется возможным установить другие
источники водопритока в ствол ниже тюбингового кольца № 114.
Описание обнаруженных дефектов тюбингов в стволе №4
Номер
тюбингового
кольца
127
Номер
тюбинга
Материал
4
Чугун
СЧ 40
127
5
127
6
Чугун
СЧ 40
Чугун
СЧ 40
Метод
и режим
контроля
МПД
Результаты
контроля
Визуализация
Рис. 1
МПД
Трещина длиной 135 мм,
раскрытие 2 мм. Тр. №1
Трещина длиной 130 мм,
раскрытие 2 мм. Тр. №2
Трещина длиной 570 мм,
раскрытие 15 мм. Тр.№ 3
Дефектов не обнаружено
МПД
Дефектов не обнаружено
-
Рис. 2
Рис. 3
-
При визуальном обследовании тюбинговой крепи ствола № 4 рудника СКРУ-3 в феврале 2014 г. были зафиксированы смещения (изгибы)
вовнутрь ствола верхних и нижних граней углов тюбинговых сегментов в
следующих тюбинговых кольцах рис. 4, 5):
1. Тюбинговое кольцо № 128, тюбинги № 3 и 4 - смещение (изгиб)
верхнего и нижнего правого угла у тюбинга № 3 и верхнего и нижнего левого углов у тюбинга № 4. Максимальная величина изгиба верхней части
обоих тюбингов не превышала порядка 70÷80 мм, нижняя часть сместилась не более чем на 10÷15 мм, рис. 1, 2. Видимых трещин и сколов в районе изгиба в момент обследования не обнаружено, рассолопроявлений
нет.
2. Тюбинговое кольцо № 131 - смещение (изгиб) вовнутрь левого
нижнего и верхнего углов тюбинга № 4 и правого нижнего и верхнего углов.
89
Известия ТулГУ. Науки о Земле. 2014. Вып. 4
Следует подчеркнуть, что во время первичного обследования ствола
в феврале 2014 года других смещений или деформаций тюбингов зафиксировано не было. Поэтому с целью оконтуривания разрушенного участка
крепи ствола, поврежденные и близлежащие тюбинги решено обследовать
с помощью инструментального метода неразрушающего контроля - метода
магнитопорошковой дефектоскопии.
Метод магнитопорошковой дефектоскопии неразрушающего контроля предназначен для выявления тонких поверхностных и подповерхностных нарушений сплошности металла - дефектов, распространяющихся
в глубь изделий. Такими дефектами могут быть трещины, волосовины,
надрывы, непровары и поры. Подготовленную поверхность изделия
намагничивают, наносят на него магнитную суспензию, которая быстро
скапливается на неоднородностях магнитного поля в зоне дефектов, отображая места и контур дефектов.
Инструментальное обследование выполнялось сотрудниками специализированного подразделения УМН и Э ОАО «Уралкалий» сразу после
тщательной очистки тюбингов от грязи и коррозионного налета с помощью пескоструйного оборудования. В результате выполненных работ по
инструментальному контролю наиболее детально обследованию подверглись 40 тюбинговых сегментов в интервале тюбинговых колец от № 126
до 137, рис. 5. При этом было выявлено и зафиксировано 34 горизонтальных и вертикальных трещин в ребрах жесткости, бортах и спинках 11 тюбинговых сегментах с раскрытием от 2 до 15 мм. Максимальные смещение
крепи вовнутрь ствола до 80 мм при этом отмечается только в тюбинговом
кольце № 125, тюбингах № 4 и 5. В том числе:
1. Тюбинговое кольцо № 127, тюбинг № 4, обнаружены три горизонтальные трещины, две из них расположены во внутренних ребрах жесткости длиной до 135 мм и раскрытием 2 мм и одна горизонтальная трещина,
находящаяся в нижней части тюбинга и приуроченная к болтовым соединениям длиной 570 мм и раскрытием 15 мм.
2. Тюбинговое кольцо № 128, тюбинг № 3, в этом тюбинге деформирована правая часть сегмента. Здесь произошел отрыв правого вертикального борта от спинки тюбинга. На это обстоятельство указывает наличие
вертикальной трещины отрыва правого борта от спинки тюбинга № 3 длиной 1400 мм и раскрытием до 15 мм. Вертикальная трещина осложнена
четырьмя горизонтальными трещинами длиной от 80 до 140 мм и раскрытием до 10 мм, которые приурочены в основном к болтовым соединениям.
При этом деформация тюбинга вовнутрь ствола в верхней части составила
80 мм, нижней порядка 10 мм. Трещин и сколов в нижнем и верхнем горизонтальных бортах тюбинга № 3 тюбингового кольца № 128 в районе его
деформации не обнаружено, что свидетельствует о наличии пластической
деформации материала крепи.
90
Геотехнология
а
Трещина №1
б
Трещина №1
Рис. 1. Дефекты тюбинга 127/4, трещина №1: а – фото №1; б – фото №2
91
Известия ТулГУ. Науки о Земле. 2014. Вып. 4
а
Трещина №2
б
Трещина №2
Рис. 2. Дефекты тюбинга 127/4, трещина №2: а – фото №3;
б – фото №4
92
Геотехнология
а
Трещина №3
б
Трещина №3
Рис. 3. Дефекты тюбинга 127/4, трещина №3: а – фото №5;
б – фото №6
93
Известия ТулГУ. Науки о Земле. 2014. Вып. 4
Нагрузка
Линии изгиба
Тюбинг № 3
Тюбинг № 4
80 мм
440
770
-Болты срезаны
- Место максимального изгиба
тюбинга № 3 и № 4
(предполагается наличие
вертикальных трещин)
Рисунок 1 - Схема смещения верхнего угла тюбингов № 3 и № 4 тюбингового кольца
№128 в стволе № 4 СКРУ-3. Максимальная величина смещения вовнутрь
ствола составляет порядка 80 мм
Рис. 4. Схема смещения верхнего угла тюбингов №3 и 4
тюбингового кольца №128 в стволе №4 СКРУ – 3
Рис. 5. Ствол № 4 СКРУ-3, вид на деформированное тюбинговое кольцо
№ 128, тюбинг № 3 и 4 (величина смещения вовнутрь
ствола около 80 мм)
94
Геотехнология
3. Тюбинговое кольцо № 128, тюбинг № 4. Здесь зафиксированы две
горизонтальные трещины с раскрытием от 2 до 6 мм и длиной от 400 до 80
мм соответственно. Обе трещины расположены в левом вертикальном
борте тюбинга № 4 и приурочены к болтовым соединениям. При этом
трещин и сколов в нижнем и верхнем горизонтальном борте тюбинга № 4
тюбингового кольца № 128 в районе его деформации не обнаружено, что
свидетельствует о наличии пластической деформации материала крепи.
4. Тюбинговое кольцо № 129, тюбинг № 4, в этом тюбинговом кольце зафиксировано четыре открытых трещин, две из которых в верхнем горизонтальном борте длиной до 140 мм и раскрытием до 5 мм, остальные
расположены во внутреннем горизонтальном ребре жесткости. Их длина
не превышает 140 мм и раскрытие до 4 мм.
5. Тюбинговое кольцо № 132, тюбинг № 4. При обследовании этого
тюбинга были обнаружены и зафиксированы шесть открытых трещин
длиной от 50 до 350 мм и раскрытием от 2 до 6 мм. Две горизонтальные
трещины длиной по 50 мм и раскрытием от 2 до 3 мм зафиксированы в
верхнем горизонтальном борте тюбинга и приурочены к болтовым соединениям. Во внутренних ребрах жесткости фиксируется три открытые горизонтальные трещины длиной от 170 до 210 мм и раскрытием до 6 мм.
Наконец вертикальная открытая трещина расположена в нижней части
тюбингового сегмента и является трещиной отрыва специального «приливного отверстия» от спинки тюбинга. Длина ее оставляет 350 мм, раскрытие до 6 мм.
6. Тюбинговое кольцо № 133 тюбинги № 4, 5 и 6. На стыке двух тюбинговых сегментов № 4 и 5 зафиксированы две открытые горизонтальные трещины длиной 150 и 200 мм и раскрытием по 3 мм соответственно.
Обе трещины расположены в вертикальных бортах данных тюбингов и
приурочены к соединительным болтам. Правее этих тюбинговых сегментов, в правом вертикальном борте тюбинга № 6 зафиксирована открытая
горизонтальная трещина длиной 70 мм и раскрытием 2 мм.
7. Тюбинговое кольцо № 134, тюбинг № 4. В этом тюбинговом сегменте зафиксировано шесть открытых трещин длиной от 160 до 260 мм и
раскрытием от 1 до 8 мм. Открытая трещина в верхнем горизонтальном
борте сегмента длиной 260 мм и раскрытием 10 мм и является трещиной
отрыва горизонтального борта от спинки тюбинга № 4 и приурочена к
болтовому соединению. Четыре открытые горизонтальные трещины расположены во внутренних ребрах жесткости длиной от 160 до 220 мм и
раскрытием до 5 мм. Последняя зафиксированная трещина этого сегмента
располагается на нижней полки данного сегмента и является трещиной отрыва нижнего борта сегмента от спинки. Длина трещины порядка 200 мм
раскрытие порядка 8 мм.
95
Известия ТулГУ. Науки о Земле. 2014. Вып. 4
8. Тюбинговое кольцо № 135, тюбинг № 5. Открытая одинокая трещина во внутреннем горизонтальном ребре жесткости сегмента длиной
150 мм и раскрытием до 5 мм.
9. Тюбинговое кольцо № 136, тюбинг № 4. В этом тюбинговом сегменте обнаружены четыре открытых трещин длиной от 70 до 135 мм и
раскрытием от 2 до 5 мм. Две из которых, длиной 70 и 130 мм, расположены в верхнем горизонтальном борте тюбингового сегмента и приурочены
к болтовому соединению. Раскрытие трещин не более 5 мм. Одна трещина
расположена во внутреннем ребре жесткости, ее длина составляет 130 мм,
раскрытие - 2 мм. Последняя трещина длиной 135 мм и раскрытием 2 мм,
зафиксированная на этом тюбинговом сегменте, располагается в нижнем
горизонтальном борте тюбинга, приурочена к болтовому соединению и
специальному «приливному отверстию».
В остальных тюбинговых кольцах дефектов не обнаружено. Характерной особенностью проявления деформаций и разрушения данных тюбинговых колец является наличие выгнутых верхних и нижних углов деформированных тюбингов и локальные горизонтальные трещины
небольшой протяженности, находящиеся в бортах и ребрах жесткости.
Данное обстоятельство свидетельствует о том, что максимальные
нагрузки, приведшие к деформации и разрушению отдельных сегментов
тюбинговых колец, произошли в результате выполнения гидроизоляционных работ на этом интервале крепи ствола. Так, по результатам анализа
архивных материалов при проходке ствола, авторами отчета установлено,
что в период проведения гидроизоляционных работ в 1990–1993 гг., на
этом интервале ствола была создана цементационная завеса и зафиксирован наибольший расход тампонажного материала, который по данным исследуемых источников составил 1865 м3. К тому же, при проходке этого
интервала, были обнаружены открытые трещины во вмещающих породах,
обводненность массива пород и максимальные поглощения промывочной
жидкости при бурении контрольно-стволовой скважины № 4-Ш.
Схожие случаи деформирования тюбинговой крепи имели место при
проведении тампонажных работ в стволе № 2 Первого Соликамского рудника (2001 год) и в стволе № 1 Второго Березниковского калийного рудника (1970 год). В обоих случаях деформация крепи произошла сразу после превышения давления на крепь ствола против допустимого, по
причине недостаточного контроля со стороны технического персонала за
процессом нагнетания тампонажного раствора за тюбинговую крепь.
Разрушения тюбинговых сегментов проявлялись на стыке между
двумя соседними тюбингами с последующим смещением верхней и нижней частей спинки тюбинга в ствол на величину до 60 мм. При этом происходило образование сквозных трещин на вертикальных фланцах в местах болтовых соединений.
96
Геотехнология
В целом, если оконтурить деформированные тюбинговые сегменты,
то становится очевидным, что эпицентр приложения нагрузки (гидроудар мгновенное возрастание нагрузки) проходил вертикально между тюбингами № 3 и 4, в интервале тюбинговых колец от 127 до 129 мм и ниже от 132
до 136 мм. На других исследованных участках крепи ствола никаких признаков разрушений или деформации тюбинговых сегментов не обнаружено.
Таким образом, большой объем поглощенного тампонажного раствора, на наш взгляд, вызвал значительное избыточное давление и, как
следствие, привел к деформированию и разрушению тюбинговой крепи.
Следует отметить, что деформации и разрушения тюбинговых колец
расположены в пределах глубин 208÷221 м и приурочены к залеганию
гипсово-глинисто-мергелистым породам соляно-мергельной толщи – это
на 70 м выше зоны расположения кейлькранцев.
Из практики эксплуатации стволов на калийных рудниках известно,
что разрушенные тюбинги демонтируют (например, деформированные
тюбинги № 3 и 4, т.к. № 75 в стволе № 2 СКРУ-1, тюбинг № 8, т.к. № 119 в
стволе № 1 БКПРУ-2). Однако в отечественной и мировой практике имеются случаи восстановления как устойчивости крепи ствола, так и еѐ герметичности. По восстановлению устойчивости крепи применяли либо
стальную обечайку, прикрепленную к недеформированным тюбингам, либо специальные усиливающие стержни. Для герметизации тюбинговой колонны мелкие трещины либо чеканят, либо заполняют специальными замазками на основе эпоксидных или полиуретановых смол (тюбинг № 10,
т.к. № 22 в стволе № 2 СКРУ-1 и тюбинг № 3, т.к. № 26 в стволе № 1
БКПРУ-4).
Наличие в конструкции крепи ствола такого рода повреждений,
например, деформация тюбингов в стволе № 2 СКРУ-1, не оказывает значительного влияния на устойчивость конструкции ствола в целом, однако
может привести к нарушению герметичности крепи в процессе эксплуатации ствола и, как следствие, к многочисленным остановкам, вызывающим
необходимость ремонта поврежденных участков. К тому же, учитывая, что
шахтный ствол № 4 СКРУ-3 по своему назначению является скиповым, то
появление значительных динамических нагрузок от движения подъемных
сосудов может привести к снижению несущей способности крепи на деформированном участке и, как следствие, к развитию аварийных разрушений.
Выводы
1. Мониторинг состояния ствола № 4 СКРУ-3 показал, что крепь
ствола, состоящая из колонны чугунных тюбингов и бетонной рубашки
толщиной до 500 мм, не является абсолютно герметичной. Был зафиксирован влагообмен через крепь ствола с растворением породы и выносом
97
Известия ТулГУ. Науки о Земле. 2014. Вып. 4
раствора солей в ствол. При этом выбранный ранее материал для погашения пустот и технология восстановления «бетонной рубашки» за тюбинговой крепью, до сих пор обеспечивают устойчивость крепи ствола, зафиксированное состояние материала, использованного для погашения пустот
в настоящее время угрозы устойчивости ствола не представляет.
2. В результате обследования состояния бетонной составляющей
крепи ствола в интервале глубин 322–338 м установлено, что «повторное»
разрушение бетона минимально и, несмотря на неоднократное подтопление, не привело к необходимости в срочном (аварийном) порядке проводить работы по восстановлению бетона. В настоящее время отсутствует
угроза нарушения устойчивости ствола в этом интервале. Отсутствие признаков влаги за тюбинговыми кольцами № 178 (над верхним кейлькранцем) и за кольцами № 179 и 181 (ниже верхнего кейлькранца) свидетельствует о том, что за период пассивного поддержания ствола в течение
почти 20 лет кейлькранцы сохранили герметичность.
3. При круглогодичном стабильном температурном режиме воздуха
в стволе (8÷10 оС) и отсутствии движения воздуха суммарный водоприток
за счет просачивания через тюбинговую крепь выше зоны кейлькранцев и
выпадания конденсата не превышает допустимого предела. На основании
исследований 2014 года нет оснований предполагать, что герметичность
кейлькранца № 1 (верхнего) нарушена.
5. За тюбинговой крепью на контакте бетонной рубашки с породным
массивом в интервале тюбинговых колец № 212–196 (локально) имеются
полости (пустоты) с размером по радиусу до 1,5 м.
6. При сохранении существующего режима поддержания обеспечивается требуемый уровень герметичности и устойчивости крепи в пределах пройденной части ствола. Перевод ствола на режим дальнейшего
углубления (при любом технологическом варианте) приведет к нарушению (изменению) температурно-влажностного режима в стволе, что вызовет изменение (колебания) температуры тюбинговой колонны и отразится
на герметичности крепи ствола в целом.
8. Характерной особенностью проявления деформаций и разрушения
тюбинговых колец является наличие выгнутых верхних и нижних углов
деформированных тюбингов и локальные горизонтальные трещины небольшой протяженности, находящиеся в бортах и ребрах жесткости.
9. Разрушения тюбинговых сегментов проявлялись на стыке между
двумя соседними тюбингами с последующим смещением верхней и нижней частей спинки тюбинга в ствол на величину до 60 мм. При этом происходила образование сквозных трещин на вертикальных фланцах в местах болтовых соединений.
98
Геотехнология
Список литературы
1. ОАО «УРАЛКАЛИЙ». Горнодобывающий комплекс. 1-й этап.
Разработка исходных данных для проверки затюбингового пространства
ствола №4 СКРУ - 3 / Отчет по НИР // Пермь. ОАО «Галургия». 2014. 26 с.
2. Булычев Н.С., Абрамсон Х.И. Крепь вертикальных стволов шахт.
М.: Недра, 1978. 361 с.
3. Булычев Н.С., Амусин Б.З., Оловянный А.Г. Расчет крепи капитальных горных выработок. М.: Недра, 1974. 320 с.
Качурин Николай Михайлович, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой,
ecology@tsu.tula.ru , Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Афанасьев Игорь Александрович, канд. техн. наук, ecology@tsu.tula.ru , Россия,
Тула, Тульский государственный университет,
Тарасов Владислав Викторович, аспирант, ecology@tsu.tula.ru , Россия, Тула,
Тульский государственный университет,
Пестрикова Варвара Сергеевна, аспирант, ecology@tsu.tula.ru , Россия, Тула,
Тульский государственный университет
FIELD OBSERVATION REAL CONDITION OF RECONSTRUCTED SHAFT – 4
IN THE MINE SKRU – 3 ”URALRFLIY” LINING AND ESTIMATING
LOAD-CARRYING CAPABILITY
N.M. Kachurin, I.A. Afansiev, V.V. Tarasov, V.S. Pestrikova
Results of complex monitoring reconstruction shaft condition of lining and estimating load-carrying capability of it were shown. Analyzes of destruction tubing reasons was
made and practical recommendations were given.
Key words: potassium salt, mine, mining-geological conditions, vertical shaft, tubing, rock pressure, preservation, reconstruction.
Kachurin N.M., Doctor of Sciences, Full Professor, Chief of a Department, ecology
@tsu.tula.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Afansiev I.A., Candidate of Technical Science, Scientific Associate, ecology@tsu. tula.ru , Russia, Tula, Tula State University,
Tarasov V.V., Post Graduate Student, ecology@tsu.tula.ru , Russia, Tula, Tula State
University,
Pestrikova V.S., Post Graduate Student, ecology@tsu.tula.ru , Russia, Tula, Tula
State University
99